專利名稱：含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用液化原理進(jìn)行分離的方法，尤其涉及一種含氧煤層氣液 化回收的裝置。
背景技術(shù)：
含氧煤層氣是煤礦在開采過程中為防止瓦斯爆炸和突出，保證煤礦安全生產(chǎn)而抽 排出的初級(jí)副產(chǎn)品；其主要成分為甲烷，從其成分含量上可以看出，煤層氣是較為重要的能 源和化工原料。但是由于其成分較為復(fù)雜，特別是在煤層氣中含有氧，是非常危險(xiǎn)的助燃助 爆劑，制約了含氧煤層氣的綜合利用；實(shí)踐中，為了節(jié)約成本，煤層氣普遍在采煤過程中排 入大氣，造成資源的極度浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境造成污染。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種含氧煤層氣的液化技術(shù)。其中， ZL200610103425. 0的專利公開了低溫精餾法應(yīng)用于含氧煤層氣的分離和液化，具有分離純 度高，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是，該制冷工藝采用混合制冷或者膨脹制冷等常規(guī)的制冷方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，透平 膨脹集等輔助機(jī)械，制冷效率較低，降低了分離和液化裝置的處理能力。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的含氧煤層氣的液化工藝進(jìn)行改進(jìn)，改變現(xiàn)有的制冷工藝，充分 并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能力， 對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，改變現(xiàn)有 的制冷工藝，充分并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高 裝置的處理能力，對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本。本實(shí)用新型的一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，包括壓縮凈化系統(tǒng)和液化 分離系統(tǒng)；壓縮凈化系統(tǒng)包括依次串接的水封罐、原料氣壓縮機(jī)、原料氣除酸吸收塔和變壓 吸附系統(tǒng)；液化分離系統(tǒng)包括主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；所述主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器和精餾塔， 變壓吸附系統(tǒng)的凈化后含氧煤層氣出口連通于一級(jí)換熱器，位于精餾塔塔頂設(shè)置連通于精 餾塔頂?shù)鯕獬隹诘乃斃淠鳎鼍s塔塔內(nèi)位于塔底設(shè)置再沸器，精餾塔塔底設(shè)置 冷凝液出口 ；制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液 分離器和制冷劑二次氣液分離器，制冷劑壓縮機(jī)入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機(jī)壓縮機(jī) 出口通過制冷劑冷卻器連通于制冷劑一次氣液分離器，制冷劑一次氣液分離器氣體出口通 過一級(jí)換熱器連通于二次氣液分離器，二次氣液分離器氣體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器、再沸器、三級(jí)換熱器和一節(jié)流閥III連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經(jīng)過三級(jí) 換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環(huán)使用；一次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過一級(jí)換熱器和一節(jié)流閥I位于一級(jí)換熱器 和二級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器和 一節(jié)流閥II位于二級(jí)換熱器和三級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；所述一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、三級(jí)冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質(zhì)種 類設(shè)置流道的間壁式結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，精餾塔塔頂?shù)鯕獬隹诮?jīng)過塔頂冷凝器連通于塔頂氣液分離器，塔頂氣 液分離器氮氧氣出口依次經(jīng)過一成品冷卻器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器連通 于變壓吸附系統(tǒng)；塔頂氣液分離器液體出口連通于精餾塔；所述精餾塔塔底的冷凝液出口 連通于成品冷卻器；所述成品冷卻器為間壁式結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，變壓吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)的三個(gè)吸附塔；進(jìn)一步，所述水封罐與原料氣壓縮機(jī)之間還設(shè)有氣液分離器；原料氣壓縮機(jī)出口 與原料氣除酸吸收塔之間還設(shè)置原料氣冷卻器；原料氣除酸吸收塔出口與變壓吸附系統(tǒng)之 間還順序設(shè)置有塔后冷卻器和塔后氣液分離器；進(jìn)一步，所述原料氣壓縮機(jī)為兩級(jí)壓縮，制冷機(jī)壓縮機(jī)為三級(jí)壓縮；進(jìn)一步，所述變壓吸附系統(tǒng)凈化含氧煤層氣出口通過一用于過濾微量吸附劑粉沫 的分離器連通于一級(jí)換熱器；進(jìn)一步，在主流程系統(tǒng)中，三級(jí)換熱器和精餾塔之間設(shè)置節(jié)流閥IV。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝 置，制冷工藝采用混合制冷并結(jié)合節(jié)流制冷，改變現(xiàn)有的制冷工藝，充分并合理的利用工藝 過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能力，對(duì)于單井產(chǎn)量不高 的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本，只利用一套壓縮設(shè)備，節(jié)約動(dòng)力能源。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1為本實(shí)用新型壓縮凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型液化分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型壓縮凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型液化分離系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖，如圖所示本實(shí)施例的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，包括壓縮凈化系統(tǒng)和 液化分離系統(tǒng)；壓縮凈化系統(tǒng)包括依次串接的水封罐1、原料氣壓縮機(jī)3、原料氣除酸吸收塔5和 變壓吸附系統(tǒng)；如圖所示，變壓吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)的吸附塔8、吸附塔9和吸附塔10，當(dāng)然， 可以是其它數(shù)量的吸附塔進(jìn)行連接使用；液化分離系統(tǒng)包括主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；所述主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器12、二級(jí)換熱器13、三級(jí)換熱器4和 精餾塔16，變壓吸附系統(tǒng)的凈化后含氧煤層氣出口連通于一級(jí)換熱器12，位于精餾塔16塔頂設(shè)置連通于精餾塔頂?shù)鯕獬隹诘乃斃淠?0，所述精餾塔16塔內(nèi)位于塔底設(shè)置再 沸器17，精餾塔16塔底設(shè)置冷凝液出口 ；制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐22、制冷劑壓縮機(jī)23、制冷劑冷卻器M、制冷劑 一次氣液分離器25和制冷劑二次氣液分離器27，制冷劑壓縮機(jī)23入口連通于制冷劑平衡 罐22，制冷機(jī)壓縮機(jī)23出口通過制冷劑冷卻器M連通于制冷劑一次氣液分離器25，制冷 劑一次氣液分離器25氣體出口通過一級(jí)換熱器12連通于二次氣液分離器27，二次氣液分 離器27氣體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器13、再沸器17、三級(jí)換熱器14和一節(jié)流閥III 29連通 于塔頂冷凝器20，塔頂冷凝器20制冷劑出口依次經(jīng)過三級(jí)換熱器14、二級(jí)換熱器13和一 級(jí)換熱器12連通于混合制冷劑平衡罐22使制冷劑回流循環(huán)使用；一次氣液分離器25的液體出口依次經(jīng)過一級(jí)換熱器12和一節(jié)流閥I沈位于一 級(jí)換熱器12和二級(jí)換熱器13之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器27的液體出口依次 經(jīng)過二級(jí)換熱器13和一節(jié)流閥II觀位于二級(jí)換熱器13和三級(jí)換熱器14之間連通于回流 制冷劑；所述一級(jí)冷卻器12、二級(jí)冷卻器13、三級(jí)冷卻器14、再沸器17和塔頂冷凝器20均 為按照介質(zhì)種類設(shè)置流道的間壁式結(jié)構(gòu)；各個(gè)通過介質(zhì)之間完全獨(dú)立且可互相之間交換熱量?；旌现评鋭┢胶夤?2內(nèi)混合制冷劑按質(zhì)量百分比包括氮35%，甲烷30. 65%，乙 烯 16. 81%，丙烷 3.8%，丁烷 8. 17% 戊烷 5.57%。本實(shí)施例中，精餾塔16塔頂?shù)鯕獬隹诮?jīng)過塔頂冷凝器20連通于塔頂氣液分離 器21，塔頂氣液分離器21氮氧氣出口依次經(jīng)過一成品冷卻器18、三級(jí)換熱器14、二級(jí)換熱 器13和一級(jí)換熱器12連通于變壓吸附系統(tǒng)；塔頂氣液分離器21液體出口連通于精餾塔 16，用于冷凝液回流至精餾塔；所述精餾塔16塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器18 ；所 述成品冷卻器18為間壁式結(jié)構(gòu)；通過成品冷卻器18過冷產(chǎn)品并通過三級(jí)換熱器14、二級(jí) 換熱器13和一級(jí)換熱器12回收冷量，充分利用低溫氮氧氣的冷量，進(jìn)一步提高冷卻效率， 并使氮氧氣最終溫度升高，并適用于下級(jí)流程。本實(shí)施例中，原料氣除酸吸收塔23內(nèi)用于吸收酸性氣體的吸收液為一乙醇胺、二 乙醇胺或甲基二乙醇胺水溶液，本實(shí)施例為二乙醇胺水溶液。本實(shí)施例中，變壓吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)的三個(gè)吸附塔，吸附塔的吸附劑包括芳香烴 吸附劑和硫浸煤基活性炭；利于除去雜質(zhì)，防止影響最終產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)提高吸附工序的 效率。本實(shí)施例中，所述水封罐1與原料氣壓縮機(jī)3之間還設(shè)有氣液分離器2，防止壓縮 機(jī)3出現(xiàn)液擊現(xiàn)象，保證其安全運(yùn)行；原料氣壓縮機(jī)3出口與原料氣除酸吸收塔5之間還設(shè) 置原料氣冷卻器，較低的溫度利于原料氣除酸吸收塔5正常吸收；原料氣除酸吸收塔5出口 與變壓吸附系統(tǒng)之間還順序設(shè)置有塔后冷卻器6和塔后氣液分離器7，冷卻并氣液分離后 可進(jìn)來那個(gè)減少帶入吸附塔的雜質(zhì)，為吸附凈化提供良好的吸附條件。本實(shí)施例中，所述原料氣壓縮機(jī)3為兩級(jí)壓縮，制冷機(jī)壓縮機(jī)23為三級(jí)壓縮，級(jí)間 均設(shè)置冷卻及氣液分離器，降低壓縮氣體的單級(jí)壓縮比，以及單級(jí)出口的溫度，從而降低能 耗；本實(shí)施例中，所述變壓吸附系統(tǒng)凈化含氧煤層氣出口通過一用于過濾微量吸附劑粉沫的分離器11連通于一級(jí)換熱器12，保證凈化含氧煤層氣的潔凈，避免影響換熱器的換 熱效率。本實(shí)施例中，在主流程系統(tǒng)中，三級(jí)換熱器14和精餾塔16之間設(shè)置節(jié)流閥IV 15， 節(jié)流降壓后進(jìn)一步降低溫度，利于冷凝和分離。本實(shí)用新型在生產(chǎn)時(shí)，包括A.壓縮凈化工序?qū)碜悦旱V的低濃度含氧煤層原料氣經(jīng)水封罐1混合式水冷、 原料氣壓縮機(jī)3壓縮和原料氣除酸吸收塔5和變壓吸附系統(tǒng)凈化去除雜質(zhì)得到凈化含氧煤 層氣；吸收塔內(nèi)的吸收液為醇胺水溶液，用于脫出酸性氣體；脫出酸性氣體后的原料氣通 過吸附塔內(nèi)的吸附劑脫除原料其中的芳香烴；同時(shí)，吸附塔中加入硫浸煤基活性炭用于脫 除原料氣中的汞，得到主要成分為CH4、N2和O2的凈化含氧煤層氣；B.液化分離工序液化分離工序包括Bi.主流程工藝將凈化含氧煤層氣依次通過一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和三級(jí)換 熱器冷卻，，形成冷凝液和氣體的混合物，出換熱器凈化含氧煤層氣經(jīng)過節(jié)流閥III 29節(jié)流 后進(jìn)入精餾塔；精餾塔塔底得到液化天然氣，剩余冷凝液由塔底流出經(jīng)成品冷卻器冷卻后 即為成品液化天然氣；塔頂?shù)玫疥?duì)和A混合氣并含有少量CH4進(jìn)入塔頂冷凝器20 ；精餾塔16頂流出的隊(duì)和&進(jìn)入塔頂冷凝器20析出攜帶出的少量CH4組分，有 塔頂氣液分離器21進(jìn)行氣液分離后，液態(tài)為CH4由精餾塔16頂回流至至塔內(nèi)；分離掉液態(tài) CH4后隊(duì)和&通過成品冷卻器18冷卻精餾塔底出來的液化天然氣后依次通過三級(jí)換熱器 14、二級(jí)換熱器13和一級(jí)換熱器12回收冷量后溫度為進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)，作為吸附塔中吸 附劑再生時(shí)的冷吹氣體。B2.制冷工藝B21.制冷劑平衡罐22的混合制冷劑經(jīng)制冷劑壓縮機(jī)23壓縮、制冷劑冷卻器M 冷卻；一次氣液分離器25 —次氣液分離后，氣態(tài)進(jìn)入一級(jí)換熱器冷卻，進(jìn)入二次氣液分離 器27 二次氣液分離后，氣態(tài)進(jìn)入二級(jí)換熱器冷卻后進(jìn)入精餾塔底的再沸器17，加熱塔底冷 凝液后自身被冷卻后，進(jìn)入三級(jí)換熱器14冷卻，先進(jìn)入塔底再沸器冷卻后再進(jìn)入三級(jí)換熱 器冷卻，可減小三級(jí)換熱器的負(fù)荷，保證原料氣的冷卻效果，同時(shí)加熱了塔底冷凝液，提高 精餾和制冷效率，相對(duì)提高裝置的處理能力；三級(jí)換熱器14冷卻后經(jīng)節(jié)流降壓后降溫進(jìn)入 塔頂冷凝器6冷卻塔頂出口的N2和&及少量CH4組分，依次經(jīng)過三級(jí)換熱器6、二級(jí)換熱 器13和一級(jí)換熱器12逐漸換熱并回流至壓縮入口循環(huán)使用；B22. 一次氣液分離后的液體進(jìn)入一級(jí)換熱器12冷卻經(jīng)節(jié)流閥I沈節(jié)流后由一 級(jí)換熱器和二級(jí)換熱器之間進(jìn)入回流制冷劑回流；二次氣液分離后的液體進(jìn)入二級(jí)換熱器 13冷卻，經(jīng)節(jié)流閥II 28節(jié)流后降壓后由二級(jí)換熱器13和三級(jí)換熱器14之間進(jìn)入回流制冷 劑回流；通過節(jié)流降低壓力從而達(dá)到蒸發(fā)降溫的目的，并不需要額外的設(shè)備和動(dòng)力，節(jié)約能 源，減小設(shè)備和占地投入。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng) 涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于包括壓縮凈化系統(tǒng)和液化分 離系統(tǒng)；壓縮凈化系統(tǒng)包括依次串接的水封罐、原料氣壓縮機(jī)、原料氣除酸吸收塔和變壓吸附 系統(tǒng)；液化分離系統(tǒng)包括主流程系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)；所述主流程系統(tǒng)包括依次串接的一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、三級(jí)換熱器和精餾塔，變壓 吸附系統(tǒng)的凈化后含氧煤層氣出口連通于一級(jí)換熱器，位于精餾塔塔頂設(shè)置連通于精餾塔 頂?shù)鯕獬隹诘乃斃淠?，所述精餾塔塔內(nèi)位于塔底設(shè)置再沸器，精餾塔塔底設(shè)置冷凝 液出口 ；制冷系統(tǒng)包括混合制冷劑平衡罐、制冷劑壓縮機(jī)、制冷劑冷卻器、制冷劑一次氣液分離 器和制冷劑二次氣液分離器，制冷劑壓縮機(jī)入口連通于制冷劑平衡罐，制冷機(jī)壓縮機(jī)出口 通過制冷劑冷卻器連通于制冷劑一次氣液分離器，制冷劑一次氣液分離器氣體出口通過一 級(jí)換熱器連通于二次氣液分離器，二次氣液分離器氣體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器、再沸器、 三級(jí)換熱器和一節(jié)流閥III連通于塔頂冷凝器，塔頂冷凝器制冷劑出口依次經(jīng)過三級(jí)換熱 器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器連通于混合制冷劑平衡罐使制冷劑回流循環(huán)使用；一次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過一級(jí)換熱器和一節(jié)流閥I位于一級(jí)換熱器和二 級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；二次氣液分離器的液體出口依次經(jīng)過二級(jí)換熱器和一節(jié) 流閥II位于二級(jí)換熱器和三級(jí)換熱器之間連通于回流制冷劑；所述一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、三級(jí)冷卻器、再沸器和塔頂冷凝器均為按照介質(zhì)種類設(shè) 置流道的間壁式結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于精餾塔塔 頂?shù)鯕獬隹诮?jīng)過塔頂冷凝器連通于塔頂氣液分離器，塔頂氣液分離器氮氧氣出口依次經(jīng) 過一成品冷卻器、三級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器和一級(jí)換熱器連通于變壓吸附系統(tǒng)；塔頂氣液分 離器液體出口連通于精餾塔；所述精餾塔塔底的冷凝液出口連通于成品冷卻器；所述成品 冷卻器為間壁式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于變壓吸附 系統(tǒng)包括并聯(lián)的三個(gè)吸附塔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于所述水封 罐與原料氣壓縮機(jī)之間還設(shè)有氣液分離器；原料氣壓縮機(jī)出口與原料氣除酸吸收塔之間還 設(shè)置原料氣冷卻器；原料氣除酸吸收塔出口與變壓吸附系統(tǒng)之間還順序設(shè)置有塔后冷卻器 和塔后氣液分離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于所述原料 氣壓縮機(jī)為兩級(jí)壓縮，制冷機(jī)壓縮機(jī)為三級(jí)壓縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于所述變壓 吸附系統(tǒng)凈化含氧煤層氣出口通過一用于過濾微量吸附劑粉沫的分離器連通于一級(jí)換熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，其特征在于在主流程 系統(tǒng)中，三級(jí)換熱器和精餾塔之間設(shè)置節(jié)流閥IV。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種含氧煤層氣制取液化天然氣的裝置，包括壓縮凈化工序和液化分離工序，液化分離工序包括主流程工藝和制冷工藝，制冷工藝中采用混合制冷劑結(jié)合節(jié)流制冷以及特殊的制冷劑流程；本實(shí)用新型制冷工藝采用混合制冷并結(jié)合節(jié)流制冷，改變現(xiàn)有的制冷工藝，充分并合理的利用工藝過程中的冷量回收過程，提高制冷效率，從而相對(duì)提高裝置的處理能力，對(duì)于單井產(chǎn)量不高的煤層氣而言，可節(jié)約生產(chǎn)成本，只利用一套壓縮設(shè)備，節(jié)約動(dòng)力能源。
文檔編號(hào)F25J3/08GK201844656SQ201020529949
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者劉利亞, 姚成林, 寇偉偉, 李祖?zhèn)? 王勇, 王長(zhǎng)元, 肖露, 霍春秀, 黃克海 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院